Wo bleibt die Energie? (bei destruktiver Interferenz)

jeanb · Anmeldungsdatum: 17.01.2005 Beiträge: 6

also im Klartext:

Das Probleme ist irrelevant, da sich zwei Laser niemals vollständig auslöschen?

Dann muss ich mich wohl mit dieser Lösung anfreunden?

oder hat jemand noch eine Idee?

mr. black

Die Zweite Idee, die zwar leider nicht von mir ist ( Sie ist von Max Born ):

Das mit den Wellen stimmt doch gar nicht wirklich.
Jeanb, was du meinst ist die klassische Wellentheorie.

In wirklichkeit sind die Wellen doch nur Warscheinlichkeitswellen.
d.h. Die Photonen sind in wirklichkeit keine Wellen. Sie verhalten sich
nur so. Daher ist der Energieerhaltungssatz nicht verletzt, denn die
Photonen löschen sich nicht aus.
Die Warscheinlichkeiten, dass die Photonen einen Gewissen Ort
oder sonst eine Eigenschaft haben löschen sich aus.

Wenn du mal von der Seite in einen Laser schaust dann wirst du
hellere und dunklere stellen sehen.

Augenzwinkern

lordnaikon · Anmeldungsdatum: 10.01.2005 Beiträge: 42

es geht ja auch hauptsächlich nicht darum , das er 100% völlig weg ist .. sodern das z.b. 89 % oder so gut wie man es halt schaft , weg sind.

wenn nun aber die laser strahlen sich destruktiv interverieren , sind sie dann noch messbar? ich denke nicht

mal ne grundsätzliche frage:

bedeutet ein "nicht messebar" auch das es "weg" ist.

die einzel wellen werde ja bei interferenz nicht beeinflusst... wenn sich 2 destruktiv überlagern gibt es die teilwellen ja noch .. sie sind aber nicht messbar ... fordert das , das sie "weg" sind?

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

tjo folks, das Problem greift um sich...
Ich hab mal darauf meine Physiklehrerin angesprochen, und sie bat um Bedenkzeit, weil sie es jetzt aus dem Stegreif auch nicht wusste, sie hat aber auch zu der Lösung tendiert, dass sich zwei Wellen niemals auf voller Länge auslöschen können, sondern eben nur auf einem bestimmten Abschnitt und die Energie wäre dann sozusagen woanders, aber sie meinte da steckt auch ein Fehler drin, mal sehen ob sie übers WE auf eine Lösung kam, ich werd euch da natürlich informieren^^

Lehrling · Anmeldungsdatum: 01.05.2004 Beiträge: 17

Hi

Ich selber kann leider nicht zur Lösung des Problems beitragen, jedoch habe ich mehrere Doktoren der Physik auf meiner Schule, die können sich ja mal darüber den Kopf zerbrechen Augenzwinkern

Werde dann, sofern diese mir eine Auskunft geben können, diese hier reinschreiben.

Gruß,
Lehrling

jeanb · Anmeldungsdatum: 17.01.2005 Beiträge: 6

haben deine Doktoren irgendwas gewusst?!

bishop · Moderator Anmeldungsdatum: 19.07.2004 Beiträge: 1133 Wohnort: Heidelberg

hmm meine Mathe lehrerin hat gemeint dass Frequenz = 0 nicht Energie = 0 bedeutet. D.h wir haben immer noch eine Welle und ein EM Feld drumherum nur ist die frequenz eben 0, sie wollte mir das anschaulich an einem simulationsprog zeigen, wir sind aber noch nicht dazu gekommen

Prof · Gast

Wenn zwei gegenphasige Fermionen (Materie und Antimaterie) zusammentreffen, entstehen Photonen. Wenn zwei gegenphasige Photonen aufeinandertreffen, entstehen bisher nicht bekannte "neutrale" Teilchen, die offenbar noch weniger wechselwirken als Neutrinos (Siehe auch die Erklärung des Energiedefizits, der zur Vorhersage von Neutrinos führte). Es wird also keine Energie vernichtet, sondern umgewandelt.

ENIAC · Anmeldungsdatum: 11.03.2005 Beiträge: 2

wenn ich die diskussion bis jetzt richtig verfolgt habe, auch im parallel-thread, und eure argumentationen richtig verstanden, dann... bilde ich mir ein, dass euer gedankenexperiment ein gedankenexperiment bleiben muss, ergo: nicht experimentell verwirklicht werden kann, weil der versuchsaufbau falsch ist! (no offense!)

2 lichtstrahlen, die sich (eindimensional) in derselben richtung ausbreiten, und meinetwegen die richtige phasenverschiebung von pi/2 haben, löschen sich deshalb nicht über die gesamte weglänge aus, weil 2 lichtstrahlen nie miteinander interferieren!
interferieren tut immer nur ein photon mit sich selbst, und interferieren tut -- wie schon irgendwo oben richtig bemerkt -- die wahrscheinlichkeitsverteilung des photons. wenn man sich die beiden lichtstrahlen als jeweils ein einziges photon vorstellt, quasi als "einteilchen-lichtstrahlen", kommt man besser zur lösung des problems, wie ich meine.
analog liegen die verhältnisse nämlich beim doppelspalt-experiment, speziell dann, wenn man sich auch das mit einem einzelnen photon vorstellt: das photon existiert in einer superposition der beiden zustände "spalt 1" und "spalt 2", durchläuft damit quasi beide spalte gleichermassen, und wird dahinter, auf einem schirm oder so, wieder als ein einzelnes, ungeteiltes photon registriert. die beiden zustände, genauer gesagt, die wahrscheinlichkeitsverteilungen beider zustände, interferieren auf dem schirm, und resultieren in einer wahrscheinlichkeitsverteilung, die der (makroskopischen) intensitätsverteilung entspricht. wird das "einteilchen-experiment" hinreichend oft wiederholt, resultiert die (makroskopische) intensitätsverteilung als summe über alle registrierten photonen aller "einteilchen-experimente". orte, an denen sich, wie man sagt, destruktive interferenz ereignet, sind schlicht orte, an denen die wahrscheinlichkeitsverteilung null ist, also niemals ein photon registriert wird. es interferieren niemals 2 verschiedene photonen, sondern nur die wahrscheinlichkeitsverteilung eines jeden einzelnen photons mit sich selbst! -- ansonsten müssten sich ja an einem ort destruktiver interferenz 2 photonen auslöschen, also energie (bzw. intensität, leistung pro fläche) vernichtet werden. was allerdings "vernichtet" wird ist die wahrscheinlichkeit, irgendein photon an dieser stelle zu registrieren.

so... ich glaube, damit habt ihr's. die beiden lichtstrahlen, die sich (eindimensional) in derselben richtung ausbreiten, mit einer phasenverschiebung von pi/2, interferieren nicht, weil es halt 2 strahlen sind! die intensität über die gesamte weglänge ergibt sich einfach aus der summe der jeweiligen einzelintensitäten am entsprechenden ort.
damit ist dann auch der energieerhaltungssatz gerettet, analog wie beim doppelspalt.

cu all! :-)

Nikolas

Hier interferieren aber keine zwei seperate Strahlen sondern Wegmöglichkeiten. Nimm ein Michelson oder Mach-Zehnder-Interferometer und du hast exakt die gleiche Fragestellung und dein Argument ist vom Tisch.

SheepTrick · Anmeldungsdatum: 07.03.2005 Beiträge: 99

mr. black

wo bleibt dann die Energie?

doppelmuffe · Anmeldungsdatum: 10.06.2004 Beiträge: 26

hi,

ich hätte da mal ne frage: wie sind denn die strahlen in dem experiment aus dem anderen thread polarisiert? geschockt

Nikolas

@ mr. Black:
Beim Mach-Zehner (ein halbdurchlässiger Spiegel in der Mitte) geht das Photon wieder zur Quelle, beim Michelson bin ich mir nicht ganz sicher.

lordnaikon · Anmeldungsdatum: 10.01.2005 Beiträge: 42

auf zufälligem wege, habe ich diese seite hier gefunden!

http://www.ap.univie.ac.at/users/fe/MERLIN_MPI/konzept.htm

nun wollt eich euch daran teil haben lassen und habe mich zurückgemeldet

lustigerweise, hat es genau mein gedanken experiment als beispiel. die seite zeigte mir auf, das ich einen fehler in meinen überlegungen hatte. dieser wurde aber von auch nicht erkannt (vieleicht habt ihr mich auch einfach nicht verstanden) Augenzwinkern

aber thx für eure bemühungen Big Laugh

gaste4l4o40 · Gast

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Ist nach 15 Jahren nicht mehr sooo relevant, oder?

Physik-Lehrer · Gast

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3559

Hallo,

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Ich komme heute Nachmittag dazu, was zu schreiben.

Erster Admiral · Anmeldungsdatum: 07.05.2021 Beiträge: 69

Wenn ich das richtig verstehe ist der Aufbau so gedacht, dass zwei Lichtquellen in einem Abstand von ungeradzahligen vielfachen der halben Wellenlänge voneinander entfernt stehen und dabei ebene Wellen ausstrahlen die eine parallele oder antiparallel Laufrichtung aufweisen.

Das Problem ist, dass ebene Wellen eine komplette Idealisierung sind, die in der Realität so nicht vorkommen:
"Denn einerseits kann keine ebene Welle von einem endlich ausgedehnten Sender abgestrahlt werden und andererseits ist die Energie einer ebenen Welle unendlich." https://de.wikipedia.org/wiki/Ebene_Welle

sobald man nicht mehr von einer idealen ebenen Welle ausgeht ist das Problem gelöst, denn dann ist die Interferenz nur auf der direkten Verbindungslinie zwischen den Lichtquellen komplett destruktiv. Die Wellen breiten sich außenrum kreisförmig aus wodurch es außerhalb der direkten Verbindungslinie auch immer punkte gibt auf denen sie sich konstruktiv überlagern müssen

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

@Physik-Lehrer - ist die Frage für stationäre Situationen damit beantwortet?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Für die Interferenz zweier Wellenpakete würde ich mit dem Poyntingschen Satz argumentieren.

Dieser besagt für

dass die zeitliche Änderung der Energie innerhalb eines Volumens V gerade dem Energiefluss durch die Oberfläche des Volumens entspricht:

Für zwei zunächst isolierte, gut lokalisierte Wellenpakete A und B, die durch die Oberfläche eintreten, innerhalb des Volumens interferieren und anschließend wieder isoliert austreten, gilt das Superpositionsprinzip: die Form des austretenden Wellenpaketes A ist unabhängig davon, ob Wellenpaket B vorliegt oder nicht (und umgekehrt). Jedes Wellenpaket wird nicht vom jeweils anderen Wellenpaket beeinflusst. Damit transportiert Wellenpaket A immer die selbe Energie in das Volumen V hinein und hinaus, unabhängig vom jeweils anderen Wellenpaket und der Interferenz beider irgendwo innerhalb des Volumens.

Also „Energie von A hinein ohne Existenz von B“ = „Energie von A hinaus ohne Existenz von B“ = „Energie von A hinein mit Existenz von B“ = „Energie von A hinaus mit Existenz von B“.

Der Poyntingsche Satz formalisiert diese Aussage für beliebige Feldkonfigurationen und Volumina.

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3559

Hallo,

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Warum ebene Wellen? Das ist zu restriktiv.

Willst du bestreiten, dass es im Allgemeinen tatsächlich Bereiche mit exakter Auslöschung gibt?

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3559

Hallo Tom,

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Genau, letzteres ist die spannende Frage.

Man kann sicher eine Feldkonfiguration als Anfangsbedingung vorgeben, die innerhalb bestimmter Volumina exakt Null ist. Dann kann man in der Zeit vorwärts und rückwärts rechnen und erhält eindeutig eine frühere Anfangsbedingung, für die die Feldkonfiguration innerhalb kleinerer, eingeschlossener Volumina sogar über einen gewissen Zeitraum exakt verschwindet.

Alles das verletzt aber nicht den Energieerhaltungssatz.

Dieser wäre ohnehin nur verletzt, wenn sich über die Zeit etwas ändert, nicht jedoch, wenn sich zwei Feldkonfigurationen zur selben Zeit unterscheiden, also sicher nicht im stationären Fall.

index_razor · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 3259

index_razor · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 3259

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Ja, habe ich auch darüber nachgedacht; die trivialen Beispiele entsprechen sicher nicht unserem Verständnis von Interferenz.

Mein Vorschlag wäre,
- zwei räumlich lokalisierte Quellen
- davon ausgehend zwei Signale
- ein Bereich B innerhalb des gemeinsamen Vorwärtslichtkegels
- jedes der beiden Signale verschwindet nicht innerhalb von B
- die Superposition beider Signale verschwindet innerhalb von B

(die Dimension von B lasse ich bewusst offen)
[/list][/list]

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3559

Hallo,

vielleicht können wir die Überlegungen mit einem mechanischen Analogon beginnen. Wir betrachten eine schwingende Gitarrensaite (Bildquelle: Von Qef - Own work by uploader, based on design of bitmap image Image:Overtone.jpg, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4344186).
Die stehenden Wellen kann man als Überlagerung einer nach rechts und einer nach links laufenden Welle betrachten. In den Knoten ist die Auslenkung gleich null. Als naive Frage würde ich gerne stellen: Wie kommt die Energie über die Knoten hinweg, ohne dass im Bereich der Knoten Energie vorliegt? "Läuft" die Energie überhaupt darüber hinweg angesichts der Tatsache, dass die Energie der einzelnen Schwinger sich gar nicht ändert.

Im Bereich des Lichtes fällt mir als eine mögliche Anordnung das Laser-Doppler-Anemometer ein. Hier erzeugt man mit zwei Laserstrahlen ein Interferenzstreifensystem mit hellen und dunklen Bereichen in Ausbreitungsrichtung des Lichtes (Bildquelle: https://www.youtube.com/watch?v=WL-7-47zWCY).

Beide Strahlen sind in guter Näherung Gaußstrahlen mit näherungsweise parallelem Licht.

Jetzt betrachten wir einen der dunklen Streifen. Fließt die Energie dort drum herum oder durch? Sind die Zusammenhänge vergleichbar mit der Gitarrensaite?

Viele Grüße
Michael

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Im Falle einer stehenden Welle läuft die Energie eben gerade nicht über die Knoten hinweg; du hast eine stationäre Situation.

Wir sind ja von der Frage ausgegangen, „wo die Energie hingeht“. Wenn du dir ein stationäres Interferenzmuster anschaust, dann „geht die Energie von den Bereichen der destruktiven Interferenz eben nirgendwo hin“.

ML · Anmeldungsdatum: 17.04.2013 Beiträge: 3559

Hallo,

Günther · Anmeldungsdatum: 23.11.2010 Beiträge: 428

Anderes Szenario:

Wir erzeugen 2 ebene parallele Wasserwellen (2 parallele Bretter tauchen mit der entsprechenden Frequenz ein) so, dass die Wellen sich um pi phasenverschoben treffen.
Dann sollten sich, wenn ich es richtig sehe kinetische und potentielle Energie der beiden Wellen gerade "wegheben".

Mit anderen Worten, phasenrichtig addiert, ist die Energie der beiden Wellen Null und die Energieerhaltung gilt.

Wäre eine analoge Argumentation nicht auch mit elektromagnetischen Wellen möglich?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Das kannst du aber nicht mittels ebener Wellen verstehen, denn die sind unendlich ausgedehnt. Wenn in einem Bereich destruktive Interferenz vorliegt, dann überall, und das stellt kein Problem dar.

Du musst ein nicht-stationäres Szenario betrachten, also lokalisierte Wellenpakete, andernfalls hast du bereits per Konstruktion jedes Problem ausgeschlossen.

index_razor · Anmeldungsdatum: 14.08.2014 Beiträge: 3259

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21452

Günther · Anmeldungsdatum: 23.11.2010 Beiträge: 428

Tim124 · Gast

Ich finde die Frage richtig: Monochromatisches Licht von zwei Lasern, linear polarisiert, gleiche Intensität, so angebracht, dass sie einen Phasenunterschied haben, bei denen sich der elektrische und magnetische Feldvektor durch Interferenz auslöschen. Wo bleibt die Energie?
Anscheinend kommt man ohne halbdurchlässige Spiegel nicht aus. Was nicht destruktiv interferiert, tritt an anderer Stelle stärker aus. Dann sind Photonen doch keine Antiteilchen von sich selbst.